LTM PK Pemicu 5 Radiasi Nicholas H

7/30/2019 LTM PK Pemicu 5 Radiasi Nicholas H

1/6

Radiasi

May 9, 2012

LTM Perpindahan Kalor Pemicu 5 Page 1

DEFINISI , PENGARUH SIFAT BAHAN DAN

SUSUNAN GEOMETRI, SIFAT RADIASI TERMAL

Oleh : Nicholas Hadi / 1006706334

DEFINISI RADIASI TERMAL

Radiasi termal merupakan energi yang diemisikan dari suatu permukaan benda/materi

yang panas dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Radiasi termal terbentuk ketika panas

dari pergerakan suatu partikel yang bermuatan pada atom berubah menjadi radiasi

elektromagnetik.Sedangkan menurut hukum Stefan, radiasi merupakan pancaran energi dari suatu

sumber panas atau reservoir , yang dapat ditulis secara matematis sebagai

4 AT e H (1)

dimana, A adalah luas penampang, T suhu, e emisivitas (0 e 1), dan merupakan

konstanta Stefan-Boltzmann (5,67010 8 Wm -2K -4).

Radiasi termal mempunyai karakteristik unik bila dibandingkan dengan konveksi dan

konduksi. Yang pertama adalah materi tidak diperlukan dalam perpindahan panas radiasi.

Kehadiran media justru akan menghalangi transfer radiasi antar permukaan-permukaan. Yang

kedua adalah besarnya dan kualitas radiasi bergantung pada temperatur. Jika pada konduksi

dan konveksi jumlah perpindahan panas sangat bergantung pada beda temperatur antar dua

benda, sedangkan radiasi hanya pada benda yang memancarkan radiasi. Radiasi dalam benda

panas akan berbeda kualitas dibandingkan dengan radiasi oleh benda bertemperatur lebihrendah. Warna objek yang berpijar akan berubah jika temperatur berubah. Selain itu radiasi

bergerak dengan kecepatan cahaya dan mempunyai sifat seperti gelombang dan partikel

sekaligus.


2/6

Radiasi

May 9, 2012


PENGARUH DARI SIFAT BAHAN

Bila energi radiasi menimpa permukaan suatu bahan, maka sebagian dari radiasi itu

dipantulkan (refleksi), sebagian diserap (absorpsi), dan sebagian lagi diteruskan (transmisi).

Bagian radiasi yang dipantulkan disebut reflektivitas , bagian yang diserap absorptivitas ,

dan bagian yang diteruskan transmisivitas (). Maka,

+ + = 1 (2)

Sifat- sifat bahan akan mempengaruhi besarnya nilai dan , yang mana nilai

absorptivitas benda juga akan mempengaruhi daya emisi benda tersebut. Sebagai contoh,

benda-benda nyata memancarkan radiasi lebih sedikit dari permukaan hitam sempurna,

sebagaimana diukur dari emisivitas bahan. Hal ini menunjukkan bahwa benda hitam dan

benda kelabu mempunyai emisivitas bahan yang berbeda sehingga mempengaruhi besarnya

daya emisi suatu bahan. Maka dapat disimpulkan bahwa sifat-sifat bahan akan mempengaruhi

besarnya nilai , , dan daya emisi benda tersebut. Oleh karena itu, sifat -sifat bahan akan

mempengaruhi besarnya energi atau kalor yang dapat dipertukarkan secara radiasi.

Sebagai contoh, apabila bahan bersifat transmisi, refleksi, dan absorpsi pertukaran

kalornya menjadi msmmmmD

msmmDbm

A J E

q

1/1/

, sedangkan untuk permukaan spekular

adalah .

PENGARUH DARI SUSUNAN GEOMETRI BENDA

Pengaruh susunan geometri benda terhadap energi kalor yang dipertukarkan secara

radiasi terletak pada penentuan besarnya faktor bentuk radiasi benda. Seperti yang telah

dijelaskan sebelumnya pada pembahasan subbab faktor bentuk radiasi dimana masing-masing

bentuk geometri benda akan memiliki faktor bentuk radiasi yang tertentu pula nilai dan

besarnya.

Contoh, radiasi yang terjadi antara dua piringan sejajar dan antara dua piringankonsentrik sejajar akan memiliki nilai faktor bentuk yang berbeda walaupun secara kasat

s D

s Db

A

J E q

1/

1/


3/6

Radiasi

May 9, 2012


mata bentuk benda dari kedua proses radiasi tersebut sama, yaitu dua piringan yang sejajar.

Dalam kasus ini, semua kalor yang diradiasikan oleh salah satu permukaan akan jatuh pada

permukaan yang lain. Dalam banyak kasus, permukaan kedua hanya akan menangkap

sebagian kalor yang diradiasikan. Fraksi kalor radiasi yang diterima oleh permukaan kedua

dari radiasi total yang diradiasikan oleh permukaan satu disebut sebagai faktor geometri dan

nilainya bergantung pada susunan geometri dari dua permukaan benda tersebut. Jadi, dapat

disimpulkan bahwa susunan geometri benda akan sangat mempengaruhi nilai faktor bentuk

radiasi yang tentu saja akan juga mempengaruhi besar energi kalor yang dipertukarkan secara

radiasi.

Salah satu contoh dari kasus sederhanya adalah perpindahan kalor antara dua plat

sejajar. Dalam kasus ini, semua kalor yang diradiasikan oleh salah satu permukaan akan jatuh

pada permukaan yang lain. Dalam banyak kasus, permukaan kedua hanya akan menangkap

sebagian kalor yang diradiasikan. Fraksi kalor radiasi yang diterima oleh permukaan kedua

dari radiasi total yang diradiasikan oleh permukaan satu disebut sebagai faktor geometri dan

nilainya bergantung pada susunan geometri dari dua permukaan benda tersebut.

Dengan demikian, susunan geometri benda akan mempengaruhi besarnya nilai faktor

geometri (faktor bentuk) dari benda tersebut, yang mana secara tidak langsung akan

mempengaruhi besarnya energi atau kalor yang dapat dipertukarkan secara radiasi.

BENDA HITAM

Benda hitam mengabsorb seluruh radiasi elektromagnetik yang jatuh kepadanya tanpa

memperhatikan panjang gelombang dan arahnya. Benda hitam berfungsi sebagai standar

untuk dibandingkan dengan kemampuan radiasi suatu benda.

Distribusi spektrum dari intensitas radiasi diasosiasikan dengan emisi benda hitam

pertama kali diungkapkan oleh Planck:

\

1/exp2

,0

5

20

, kT hchc

T I b

(3)


4/6

Radiasi

May 9, 2012


di mana h = 6,6256 10 -34 Js, k = konstanta Planck dan Boltzmann (1,3805 10 -23 J/K), c0 =

kecepatan cahaya pada ruang vakum (2,998 10 8 m/s), T = temperatur absolut dari benda

hitam.

Karena benda hitam adalah penghambur emisi, maka energi dari spektrum emisi

dalam bentuk:

1/exp

,,2

51

,, T C

C T I T E

bb

(4)

dengan 248201 /10742,32 mmW hcC dan K mk hcC 4

02 10439,1/

merupakan konstanta radiasi. Energi total dari pancaran suatu benda hitam adalah:

4

02

51

1/expT d

T C C E b

(5)

dimana : konstanta Stefan-Boltzman (5,670 10 -8 W/m 2K 4).

PERTUKARAN KALOR ANTARA BENDA TAK HITAM

Pada benda tak hitam, sebagian radiasi akan dipantulkan kembali ke permukaan perpindahan kalor lainnya, dan sebagian dipantulkan ke luar sistem. Analisis keadaan

demikian itu harus memperhatikan refleksi rangkap tersebut. Sekarang akan diandaikan

bahwa semua permukaan yang kita temui dalam analisis kita bersifat baur dan mempunyai

suhu seragam, dan bahwa sifat-sifat refleksi dan emisinya konstan di seluruh permukaan.

Akan didefinisikan dua istilah baru, yaitu G = irradiation (total radiasi yang menimpa suatu

permukaan per satuan waktu per satuan luas) dan J = radiocity (total radiasi yang

meninggalkan suatu permukaan per satan waktu per satuan luas).

Radiositas ialah jumlah energi yang dipancarkan (emisi) dan energi yang dipantulkan

(refleksi) apabila tidak ada energi yang diteruskan (transmisi), G E J b , di mana :

emisivitas dan E b: daya emisi benda hitam. Karena transmisivitas kita andaikan nol, maka

refleksivitas dapat kita nyatakan sebagai: 11 sehingga G E J b 1

Energi netto yang meninggalkan permukaan itu ialah selisih antara radiositas dan

iradiasi yang dapat dinyatakan dengan:

J E Aq b1 atau

A J E

qb

/1 (6)


5/6

Radiasi

May 9, 2012


Sekarang kita tinjau pertukaran energi radiasi antara dua permukaan A 1 dan A 2. Dari

seluruh radiasi yang meninggalkan permukaan 1, jumlah yang mencapai permukaan 2 ialah

1211 F A J . Dari seluruh energi yang meninggalkan permukaan 2, yang sampai di permukaan 1

ialah 2122 F A J . Saling pertukaran netto antara kedua permukaan itu ialah

212211212121 )()( F A J J F A J J q .

Untuk menyusun jaringan suatu soal perpindahan kalor radiasi tertentu, kita hanya

perlu menghubungkan tahanan - permukaan (1 -e)/eA ke setiap permukaan, dan tahanan -

ruang 1/A m Fm-n antara potensiai radiositas. Seandainya dua permukaan yang hanya saling

bertukar kalor saja dan tidak ada yang lain akan dapat digambarkan seperti pada gambar 20 di

lampiran.

Dalam hal ini, perpindahan kalor netto ialah beda potensial menyeluruh dibagi dengan

jumlah semua tahanan, sehingga :

222121111

42

41

222121111

21

/)1(/1/)1()(

/)1(/1/)1(

A F A AT T

A F A A E E

q bbnet

(7)

DAFTAR PUSTAKA

Holman, J.P. 1994. Perpindahan Kalor . Jakarta : Erlangga


6/6

Radiasi

May 9, 2012


LAMPIRAN

Pertukaran Radiasi terjadi antara permukaan-

permukaan ini

Faktor Bentuk Radiasi, F 1-2

1. Bidang-bidang datar tak hingga 12. Benda A1 yang sepenuhnya terkurung oleh

benda lainnya, A2. Benda A1 tidak dapatmelihat bagian dari dirinya sendiri

1

3. Elemen permukaan dA(A1) dan permukaaansegi empat (A2) yang sejajar serta langsung diatasnya dengan satu sudut dari segi empattersebut terletak pada garis tegak lurus dA

Lihat Gambar 3.b dibawah

4. Elemen dA (A1) dan piringan yang berbentuk lingkaran yang sejajar (A2) dengan pusatnyalangsung di atas dA

5. Dua bujur sangkar, segiempat atau piringanyang sama dan sejajar , dengan lebar atau garistengah D dan jarak antara- L

Lihat Gambar 3.adibawah

6. Dua piringan sejajar denga garis tengahberbeda, dengan jarak antara L, dengan titik-titik pusatnya pada satu garis tegak lurus pada

permukaan tersebut, piringan kecil A1 berjari- jari a, piringan besar berjari-jari b

[ ]

7. Dua segiempat di bidang-bidang datar yangsaling tegak lurus dengan satu sisi sekutu

Lihat Gambar 3.c dibawah

LTM PK Pemicu 5 Radiasi Nicholas H

Documents

Transcript of LTM PK Pemicu 5 Radiasi Nicholas H